第三編

高考關(guān)鍵能力專(zhuān)項(xiàng)專(zhuān)項(xiàng)二

模型建構(gòu)能力能力概述

高中物理習(xí)題所涉及的基礎(chǔ)物理思維模型，通常就是通過(guò)教材可以學(xué)到的各種物理原理、物理定律及其物理公式，如牛頓三大定律、萬(wàn)有引力定律、能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律、庫(kù)侖定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、熱力學(xué)三大定律、光的折射定律等。在考試中，較為復(fù)雜的情境試題，通常表現(xiàn)為諸多基礎(chǔ)物理模型的疊加和嵌套。因此，在進(jìn)行物理解題的過(guò)程中，可以運(yùn)用思維模型建構(gòu)的思想，抓住物理問(wèn)題的本質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ瓦M(jìn)行解題，將自己所熟悉的物理模型建構(gòu)方法結(jié)合物理問(wèn)題進(jìn)行比較，建構(gòu)符合題意的物理模型。

建構(gòu)物理模型通常包括以下核心環(huán)節(jié)：

（1）確定研究對(duì)象，分析研究對(duì)象的物理狀態(tài)變化或者物理運(yùn)動(dòng)過(guò)程。首先明確研究對(duì)象，確定其物理屬性，結(jié)合物理情境分析其抽象為某種對(duì)象模型的條件；明確研究對(duì)象所處的狀態(tài)，分析其可建構(gòu)為某種狀態(tài)模型的條件；分析研究對(duì)象的物理運(yùn)動(dòng)過(guò)程，結(jié)合其受力等狀態(tài)，梳理其可建構(gòu)為某種運(yùn)動(dòng)模型的條件。

（2）選擇基礎(chǔ)物理模型。根據(jù)第（1）個(gè)環(huán)節(jié)的分析，確立研究對(duì)象為某種對(duì)象模型、其狀態(tài)變化為某種狀態(tài)模型或其物理過(guò)程為某種過(guò)程模型。

（3）明確物理模型對(duì)應(yīng)的物理概念、規(guī)律。根據(jù)確定的物理模型，利用物理模型對(duì)應(yīng)的概念或規(guī)律，列出解決問(wèn)題的核心表達(dá)式。

（4）邏輯推理與運(yùn)算。結(jié)合核心表達(dá)式，利用物理、數(shù)學(xué)方法進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砗瓦\(yùn)算，得出問(wèn)題的最終結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

這是通過(guò)建構(gòu)物理模型解決物理問(wèn)題的一般流程，下文將通過(guò)具體事例加以說(shuō)明。

中學(xué)階段的物理模型一般可分為三類(lèi)：對(duì)象模型、狀態(tài)模型和過(guò)程模型。另外，在中學(xué)物理中還有一些典型的物理情境，如木板和物塊疊放體的運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)等，這些典型的物理情境綜合了各種物理模型，解決此類(lèi)問(wèn)題有其一以貫之的方法，因此也可將它們歸為復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情境模型。能力剖析一、對(duì)象模型

對(duì)象模型是物理對(duì)象的靜態(tài)抽象，可分為實(shí)體對(duì)象模型和場(chǎng)對(duì)象模型。實(shí)體對(duì)象模型，例如：力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)、輕質(zhì)彈簧、彈性小球、剛性繩等，電磁學(xué)中的點(diǎn)電荷、平行板電容器、理想變壓器、密繞螺線管等，熱力學(xué)中的理想氣體，光學(xué)中的薄透鏡、均勻介質(zhì)等。場(chǎng)對(duì)象模型，例如：勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)、引力場(chǎng)等都是空間場(chǎng)物質(zhì)的模型。不同的對(duì)象模型有著不同的性質(zhì)、特征，遵循著不同的規(guī)律，建構(gòu)對(duì)象模型是解決物理問(wèn)題的基礎(chǔ)。

A

【模型建構(gòu)】流程內(nèi)容選取對(duì)象、分析狀態(tài)過(guò)程對(duì)象：兩物塊構(gòu)成連接體狀態(tài)：共同運(yùn)動(dòng)，速度、加速度的大小相等建構(gòu)物理模型兩物體通過(guò)輕繩連接，一起運(yùn)動(dòng)，速度、加速度的大小相等，屬于連接體模型確定物理原理牛頓第二定律分別對(duì)整體和部分運(yùn)用牛頓第二定律列方程，或者用隔離法對(duì)兩個(gè)物體分別運(yùn)用牛頓第二定律列方程整體和部分的加速度大小相等二、狀態(tài)模型

狀態(tài)模型是對(duì)研究對(duì)象某時(shí)刻的狀態(tài)進(jìn)行描述的空間模型。狀態(tài)既可以是穩(wěn)定的，也可以是變化的，結(jié)合物理情境分析其抽象為某種對(duì)象模型的條件；明確研究對(duì)象所處的狀態(tài)，分析其可建構(gòu)為某種狀態(tài)模型的條件，建構(gòu)狀態(tài)模型后按照模型的基本解題思路和方法解決問(wèn)題。常見(jiàn)的狀態(tài)模型有共點(diǎn)力平衡模型、動(dòng)量與能量守恒模型、玻爾的原子能級(jí)模型等。

D

【模型建構(gòu)】流程內(nèi)容選取對(duì)象、分析狀態(tài)對(duì)象：圓柱體狀態(tài)：靜止建構(gòu)物理模型三個(gè)共點(diǎn)力平衡確定物理原理任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力等大反向，解三角形三、過(guò)程模型

過(guò)程模型是對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行描述的空間模型，以隱含著的時(shí)間為自變量。在研究質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)等；還有一些物理量的均勻變化的過(guò)程，如某勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小、均勻增加等。建構(gòu)不同的過(guò)程模型，需要滿(mǎn)足不同過(guò)程模型的條件，如平拋運(yùn)動(dòng)，在物體具有水平初速度，且只受重力的作用下，物體做平拋運(yùn)動(dòng)。不同的過(guò)程模型也遵循著不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間關(guān)系、位移時(shí)間關(guān)系等。建構(gòu)過(guò)程模型，需明確物體的運(yùn)動(dòng)特征和受力條件，模型建構(gòu)起來(lái)，就可以用模型的相關(guān)規(guī)律來(lái)解決問(wèn)題。

【模型建構(gòu)】流程內(nèi)容選取對(duì)象、分析狀態(tài)過(guò)程流程內(nèi)容建構(gòu)物理模型分析題干得出：①貨物→

對(duì)象模型②在傾斜滑軌上→

貨物所受力均為恒力，即合力為恒力，結(jié)合其他信息，貨物在傾斜滑軌上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)③同理可得，貨物在水平滑軌上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)確定物理原理續(xù)表四、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情境模型

1.板塊模型

板塊模型是高中物理最典型的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情境模型，基本解法為牛頓運(yùn)動(dòng)定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式相結(jié)合。但此類(lèi)模型經(jīng)常與動(dòng)量守恒、能量守恒類(lèi)模型相結(jié)合考查，是高考中的壓軸題型。畫(huà)運(yùn)動(dòng)草圖、受力分析、動(dòng)量守恒、動(dòng)能定理是此類(lèi)問(wèn)題常用的方法。

處理此類(lèi)問(wèn)題，必須弄清滑塊和滑板的加速度、速度、位移等關(guān)系。

（1）加速度關(guān)系

如果滑塊和滑板之間沒(méi)有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以用“整體法”求出它們一起運(yùn)動(dòng)的加速度；如果滑塊和滑板之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采用“隔離法”分別求出滑塊、滑板的加速度。

（2）速度關(guān)系

①滑塊和滑板之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，分析速度關(guān)系，從而確定滑塊受到的摩擦力的方向。

②當(dāng)滑塊與滑板速度相同時(shí)，板塊間的摩擦力可能由滑動(dòng)摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o摩擦力或者兩者間不再有摩擦力（在水平面上共同做勻速運(yùn)動(dòng)）；也可能由最大靜摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力。

2.帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)模型

帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)模型是帶電粒子在電場(chǎng)中的類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)或者類(lèi)斜拋運(yùn)動(dòng)模型和在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)模型相結(jié)合的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情境模型，除了每一個(gè)模型單獨(dú)應(yīng)用解題外，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的銜接點(diǎn)的狀態(tài)是解題的關(guān)鍵。對(duì)于近幾年頻繁出現(xiàn)的三維空間中的運(yùn)動(dòng)給考生帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)，這類(lèi)問(wèn)題需要具備較強(qiáng)的空間思維能力，另外運(yùn)動(dòng)的合成和分解中的隔離、整體的思想也是解決此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。

3.電磁感應(yīng)中的導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒模型

電磁感應(yīng)中的導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒模型有多種分類(lèi)：?jiǎn)伟裟Ｐ?、雙棒模型、無(wú)動(dòng)力模型、有動(dòng)力模型、電容器與導(dǎo)體棒模型、導(dǎo)軌等間距模型、導(dǎo)軌不等間距模型等，解決此類(lèi)問(wèn)題的方法比較固定。最大速度一般用受力平衡解決，運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間一般用動(dòng)量定理解決，運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的熱量一般用能量守恒定律解決。其中動(dòng)量定理的應(yīng)用常常與電荷量相聯(lián)系。

（1）金屬棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受安